路基沉降是多年冻土区道路建设中需要解决的关键问题之一。以往对冻土路基稳定性的研究主要集中于冻土路基变形与热稳定性等方面,对冻土路基沉降的力学机制关注较少。采取数值模拟方法,对冻土路基变形过程进行模拟,并从力学角度阐明路基变形机制。结果表明,路基填筑引起的应力重分布主要集中在垂直方向0～-3m、水平方向路基范围内;在附加应力作用下,活动层会产生沉降变形;路基变形主要来自于多年冻土层的融化固结,其次是高温冻土的蠕变,最后是活动层的压缩;冻土路基下不同层位的变形量有所区别,且开始产生变形的时间也不同;降低年平均地温,能够有效地减少路基变形。
青藏铁路高温冻土区路基的沉降变形主要来自原天然上限以下冻土的蠕变变形。路基建成后,冻土层受到附加应力的作用而产生蠕变,至今这种变形没有稳定的趋势。通过高温冻土蠕变的结果调整自己的应力,使它能承受来自路基施加的附加应力,以求得青藏铁路高温冻土区蠕变稳定时间。
多年冻土地区路面结构出现大量早期损坏,究其原因,与多年冻土地区独特的工程特点有直接关系。多年冻土地区路基的融沉变形使沥青混凝土路面结构层产生附加应力,其与荷载应力的综合作用,直接导致路面结构的破坏。采用有限元法,并将融沉变形简化为二次曲线,建立沥青混凝土路面结构的横向计算模型。计算分析了路面材料与基层底面附加应力的变化关系,并得出附加应力的主要影响参数,为多年冻土地区路面的结构设计提供依据。
采用有限元方法建立了路基发生融沉变形时沥青路面结构的轴对称计算模型,将融沉变形分别简化为二次曲线和余弦曲线,分析了融沉变形对最大拉应力点位的影响,重点讨论了融沉盆形状、半径、融沉深度等因素对沥青路面结构面层和基层最大拉应力的影响。结果表明:路基的不均匀融沉变形在路面结构面层顶面产生拉应力,成为面层破坏的主要原因;在基层底面产生较大的附加应力,将会造成基层开裂,因此在多年冻土地区的路面设计中应考虑附加应力的影响。
使用有限元法和解析法分析了多年冻土地区路基融沉引起的路面附加应力 ,将两种方法的计算结果进行了对比 ,给出了附加应力计算的解析表达式 ,分析了路面结构参数对附加应力的影响 ,对多年冻土地区路基路面设计提出了建议